Anabolické vs. katabolické (bunkový metabolizmus): Definícia a príklady

Bunky sú najmenšie jednotky živých vecí, ktoré sa môžu pochváliť všetkými vlastnosťami spojenými so životom. Jednou z týchto definujúcich charakteristík je metabolizmus, alebo použitie molekúl alebo energie zhromaždenej z prostredia na uskutočnenie biochemických reakcií potrebných na to, aby zostali nažive a nakoniec sa množili.

Metabolické procesy, často nazývané metabolické cesty, možno rozdeliť na tie, ktoré sú anabolickýalebo ktoré zahŕňajú syntézu nových molekúl a tých, ktoré sú katabolický, ktoré zahŕňajú rozpad existujúcich molekúl.

Hovorovo sa anabolické procesy týkajú výstavby domu a výmeny vecí, ako sú okná a odkvapy podľa potreby a pri katabolických procesoch ide o vynášanie opotrebovaných alebo rozbitých častí domu obrubník. Ak sa to bude robiť v správnom tempe, bude dom existovať v čo najrovnomernejšom stave, ale nikdy nie pasívne.

Bunky a tkanivá, ktoré tvoria, neustále prechádzajú „obojsmerne“ metabolizmus, čo znamená, že zatiaľ čo niektoré veci prúdia anabolickým smerom, iné idú opačným smerom.

To je možno zreteľnejšie na úrovni celých organizmov: Ak horíte glukóza pri šprinte, aby ste dohnali svojho psa (katabolický proces), sa papier zostrihaný na vašej ruke z predchádzajúceho dňa naďalej hojí (anabolický proces). Rovnaká dichotómia však funguje v jednotlivých bunkách.

Bunkové reakcie sú katalyzované špeciálnymi globulárnymi proteínovými molekulami nazývanými enzýmy, ktoré sa podľa definície zúčastňujú chemických reakcií bez toho, aby sa nakoniec zmenili. Výrazne urýchľujú reakcie - niekedy aj viac ako tisíc - a tak fungujú ako katalyzátory.

Anabolické reakcie obvykle vyžadujú vstup energie a sú preto endotermický (voľne preložené „teplo do vnútra“). To dáva zmysel; nemôžete rásť alebo budovať svalovú hmotu, pokiaľ nebudete jesť, pričom príjem potravy sa zvyčajne bude stupňovať podľa intenzity a trvania danej činnosti.

Katabolické reakcie sú zvyčajne exotermické („teplo smerom von“) a uvoľňovať energiu, ktorú väčšina bunka využíva vo forme adenozíntrifosfát (ATP) a používa sa na iné metabolické procesy.

Skladajú sa z hlavných štruktúrnych prvkov tela a molekúl, ktoré potrebuje na palivo, plus rastu a výmeny tkanív monoméry, alebo malé opakujúce sa jednotky v rámci väčšieho celku, nazývané a polymér.

Tieto jednotky môžu byť identické, rovnako ako molekuly glukózy usporiadané do dlhých reťazcov zásobného paliva glykogén, alebo môžu byť podobné a môžu mať podobu „príchutí“ nukleové kyseliny a nukleotidy, ktoré ich tvoria.

Tri hlavné makroživina triedy makromolekuly vo výžive človeka, tzv sacharidy, bielkoviny a tuky, každý pozostáva z vlastného typu monoméru.

Glukóza je základným substrátom všetkého života na Zemi a každá živá bunka je schopná ju metabolizovať na energiu. Ako bolo uvedené, molekuly glukózy môžu byť spojené do „reťazcov“ za vzniku glykogénu, ktorý sa u ľudí nachádza predovšetkým vo svaloch a pečeni. Bielkoviny pozostávajú z monomérov odobratých z 20 rôznych tašiek aminokyseliny.

Tuky nie sú polyméry, pretože sa skladajú z troch mastné kyseliny spojený s „chrbticou“ molekuly s tromi uhlíkmi glycerol. Keď rastú alebo sa zmenšujú, nastáva to pridaním alebo odstránením atómov na koncoch reťazcov mastných kyselín, skôr ako veľké písmeno „E“, pričom vertikálna časť zostáva rovnaká, ale vodorovné pruhy sa líšia v dĺžka.

Zvážte, či vám nebude poskytnutá krabica stavebných kameňov s neobmedzenou veľkosťou. Mnohé sú identické, okrem svojej farby; iné majú rozdielne veľkosti, ale je možné ich spojiť; stále nie sú určené na pripojenie bez ohľadu na konfiguráciu, ktorú vyberiete. Môžete vytvoriť identické konštrukty, ktoré obsahujú povedzme tri až päť častí, a spojiť ich dohromady tak, že spojenia týchto konštrukcií sú tiež identické.

Jedná sa v podstate o anabolický metabolizmus v činnosti. Jednotlivé skupiny troch až piatich hračiek predstavujú „monoméry“ a hotový výrobok je obdobný ako v prípade „polymér.“ A v bunkách vedú enzýmy namiesto vašich rúk skladanie častí procesu. V obidvoch prípadoch je kľúčovým aspektom vstup energie na generovanie molekúl s väčšou zložitosťou (a zvyčajne tiež s väčšou veľkosťou).

Medzi príklady anabolických procesov patria okrem syntézy bielkovín aj glukoneogenéza (syntéza glukózy z rôznych východiskových substrátov), ​​syntéza mastných kyselín, lipogenéza (syntéza tukov z mastných kyselín a glycerolu) a tvorba močovina a ketónové telieska.

Katabolické procesy na úrovni jednotlivých reakcií väčšinou nie sú iba zodpovedajúce anabolické reakcie, ktoré prebiehajú opačne, hoci mnohé z nich sú rovnaké. Spravidla sú to rôzne enzýmy.

Napríklad prvý krok v glykolýza (katabolizmus glukózy) je pridanie fosfátovej skupiny k glukóze, s povolením enzýmu hexokinázaza vzniku glukózo-6-fosfátu. Ale posledný krok glukoneogenézy, odstránenie fosfátu z glukóza-6-fosfátu za vzniku glukózy, je katalyzovaný glukóza-6-fosfatázou.

Ďalšie dôležité katabolické procesy prebiehajúce vo vašom tele sú glykogenolýza (odbúravanie glykogénu vo svaloch alebo pečeni), lipolýza (odstránenie mastných kyselín z glycerolu), beta-oxidácia („spaľovanie“ mastných kyselín) a odbúravanie ketónov, bielkovín alebo jednotlivých aminokyselín.

Udržiavanie tela v súlade s jeho potrebami v reálnom čase si vyžaduje vysoký stupeň pohotovej reakcie a koordinácie. Rýchlosti anabolických a katabolických reakcií je možné regulovať zmenou množstva enzýmu alebo substrátu mobilizovaného do danej časti bunky alebo inhibícia spätnej väzby, pri ktorom akumulácia produktu signalizuje reakciu proti prúdu, aby prebiehala pomalšie.

A čo je dôležité aj z hľadiska holistickej vizualizácie metabolizmu, je možné podľa potreby posunúť substráty z jednej cesty makroživín do cesty druhej.

Príkladom tejto integrácie dráh je, že aminokyseliny alanín a glutamín okrem toho, že slúžia ako stavebné kamene proteínov, môžu tiež vstúpiť do glukoneogenézy. Aby sa tak stalo, musia vylučovať dusík, s ktorým narábajú enzýmy tzv transaminázy.

• Glycerol, produkt lipolýzy, môže tiež vstúpiť do dráhy glukoneogenézy, čo je jedným zo spôsobov, ako vo voľnom zmysle slova získať cukor z tuku. Doteraz však neexistujú dôkazy o tom, že by produkty oxidácie mastných kyselín mohli vstúpiť do glukoneogenézy.

Telesná zdatnosť je hlavným záujmom verejnosti v krajinách, kde majú ľudia často k dispozícii voliteľné cvičenie.

Mnoho bežných spôsobov je zameraných dôrazne na jeden alebo druhý proces, napríklad na zdvíhanie závažia na vytvorenie svalovej hmoty (anabolické). cvičení) alebo pomocou eliptického trenažéra alebo bežiaceho pásu na „kardio“ a zbavenie sa chudej alebo tukovej telesnej hmoty (alebo telesnej hmotnosti) pri chudnutí (katabolické cvičenia).
Jedným z príkladov oboch systémov v akcii je maratónsky bežec, ktorý sa pripravuje na beh na 42,2 km (26,2 míle). Týždeň predtým si veľa ľudí zámerne naloží jedlá bohaté na uhľohydráty, zatiaľ čo odpočívajú od námahy.

Vďaka dennému bežeckému tréningu a neustálej potrebe nahradiť katabolizované palivo majú títo športovci vysoké hladiny aktivity enzýmu glykogénsyntáza, ktorý umožňuje ich svalom a pečeni neobvyklú syntézu glykogénu avidita.

Počas maratónu sa tento glykogén mení na glukózu, aby bežca poháňal celé hodiny športovci zvyčajne prijímajú zdroje glukózy (napr. športové nápoje) počas celého podujatia, aby zabránili „zasiahnutiu“ stena. “

• Neschopnosť tela vytvárať glukózu z mastných kyselín je dôvod, prečo sú sacharidy považované za rozhodujúce vysoko intenzívne a trvalé cvičenie, pretože beta-oxidácia mastných kyselín nevedie k dostatočnému množstvu ATP na udržanie tempa metabolické potreby.